快结晶型水性聚氨酯的制备及其在导热胶粘剂上的应用

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基于电子产品在长时间使用过程中易产生热量,导致热老化、易损坏等问题,我们迫切需要传热性能好的材料来消散高频工作条件下产生的热量。水性聚氨酯(WPU)是一种环保的高分子材料,其软硬链段间的不相容性导致了相分离结构的产生,相分离的程度取决于氢键作用的大小,从而决定了WPU的导热性能,即聚氨酯中存在的短程、长程有序和微晶结构有利于其传热。但是WPU本身导热系数低,所以我们在WPU中加入填料,通过粒子间的连接形成热网络,拓宽声子传导途径,来进一步提高WPU的导热性能。本文即以PBA、HDI、IPDI为主要原料,合成了一系列WPU,从结构上对分子间氢键作用力进行了研究,最终选择出结晶速率、结晶度、粘接强度都较为优异的WPU制备成导热胶黏剂。本文第二章通过改变异氰酸酯比例和n—NCO︰n—OH比值合成了系列WPU,并对WPU乳液和胶膜进行结构和性能表征。随着HDI占比的增加,体系氢键化程度增大,硬段-软段间氢键作用力降低,WPU膜的耐水性变好,乳液粒径减小,粘度增大。通过DSC、XRD测试以及结晶动力学分析说明规整线性结构的异氰酸酯促进了PBA的结晶。机械性能测试结果发现,胶膜的初粘强度增大,拉伸强度和终剥离强度先增大后减小。当n—NCO︰n—OH比值的增加,红外分峰显示体系氢键作用力降低。胶膜的吸水率变大,乳液粒径减小,粘度增大。通过结晶性能和力学性能的测试分析发现,硬段占比增加,限制了软段晶体的生长,致使晶体完善程度降低,初粘强度和最终剥离强度都逐渐降低。综上而言,当mHDI︰mIPDI=2:1、n—NCO︰n—OH=1.4时,WPU胶膜的结晶性、力学性能和粘接性能都较优异。本文第三章分别采用六种扩链剂合成了一系列水性聚氨酯,探究了不同类型的二元醇扩链剂对聚氨酯胶膜的结晶性能和粘接性能的影响。红外分峰下,不同扩链剂制备的WPU胶膜的氢键化程度结果显示,脂肪族扩链剂>芳香族扩链剂>脂环族扩链剂,且脂肪族扩链剂亚甲基含量越少,WPU氢键作用力越强。通过结晶性能研究发现,WPU的结晶度和结晶速率随着扩链剂位阻的增大而降低,但HER的芳环结构由于具有极性,反而对WPU的结晶有利。力学测试结果表明,芳香族扩链剂制备的胶膜拉伸、粘接性能均强于脂肪族扩链剂和脂环族扩链剂制备的胶膜。本文第四章首先制备了氧化石墨烯(GO),并用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)对其改性,然后在酸性条件下将其还原得到改性还原氧化石墨烯(MRGO)。之后把改性氧化铝(MAl2O3)负载在MRGO上,引入水性聚氨酯中,得到改性氧化铝-还原氧化石墨烯/水性聚氨酯胶黏剂(MRGO-MAl2O3/WPU)复合材料。探究了填料间比例和混合填料的用量对水性聚氨酯粘接性、导热性的影响。通过对复合填料的表征说明MAl2O3成功负载在MRGO上。SEM可以看到少量填料在基体中分散较均匀,过多则易发生团聚。Tg测试表明填料的加入使得胶膜的耐热性得到了提高。力学性能测试表明,随着mMRGO:mMAl2O3比值的增加,胶膜的拉伸、粘接性能得到提升,当混合填料含量为0.2%时,复合胶膜的粘接强度达到122.3N/25mm。胶膜的热导率测试结果表明各复合胶膜的热导率相较于纯WPU基体均有提高,可见快结晶型水性聚氨酯可在导热胶粘剂上得到潜在应用。
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